課題番号 ：S-18-KU-0021
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：高性能有機半導体およびデバイスの開発
Program Title (English) ：Development of High-Performance Organic Semiconductors and Devices
利用者名（日本語） ：森達哉1,2), 小路口由佳1,2), 安田琢麿1,2)
Username (English) ：T. Mori1,2), Y. Kojiguchi1,2), T. Yasuda1,2)
所属名（日本語） ：1) 九州大学大学院工学府, 2) 九州大学稲盛フロンティア研究センター
Affiliation (English) ：1) Graduate School of Engineering, Kyushu University,
　2) INAMORI Frontier Research Center (IFRC), Kyushu University

１．概要（Summary ）
従来の有機半導体の分子設計とは異なる、ユニークな分子形状を有する有機半導体分子を用いて、ディップコート法による高秩序・高配向性超薄膜の作製と、それを用いた高速有機薄膜トランジスタ（OFET）の開発を行った。薄膜中における分子集積構造の評価、およびOFETデバイスの活性層として電荷輸送特性を評価し、優れた半導体特性を明らかにした。

２．実験（Experimental）
アーチ状に拡張したπ共役骨格を有し２つのアルキル鎖が同一方向を指向するよう位置選択的に導入したU字型有機半導体分子（U-BBTT-8）を設計・合成した（図１左）。目的化合物の同定にMALDI-TOF質量分析装置　AutoflexIIIを利用した。原子間力顕微鏡（AFM）および面内・面外X線回折（XRD）測定により、ディップコート薄膜中の分子集積構造を調べた。

３．結果と考察（Results and Discussion）
U-BBTT-8を用いてディップコート膜を作製したところ、常温大気下においてcmスケールの広範囲に渡って超薄膜が得られた。AFM表面観察において、3.3 nmの明確なステップ構造が引揚方向と直交する方向に確認された。これは分子長軸距離の約2倍に相当することから、分子は基板に対して垂直方向に、精緻なhead-to-head型のラメラ構造を自発的に形成していることが示唆された。引揚方向に対して平行および垂直方向からX線を入射してXRD測定行った。Out-of-plane測定より、d値3.27 nmの回折が高次に渡り観測された（図１右）。これらの結果から、U-BBTT-8は薄膜作製時の引揚によるせん断応力場を顕著に反映して高秩序・高配向の分子集積構造を巨視的スケールに渡って形成可能であることがわかった。

U-BBTT-8の半導体特性を評価するために、超薄膜を活性層とするOFET素子を作製し、電荷輸送特性を評価した。その結果、ホール移動度3.8 cm2V-1s-1という非常に高い値を示した。更に、薄膜面内における電荷輸送の異方性を評価したところ、引揚に対して平行方向のホール移動度は垂直方向と比較して40倍以上高く顕著な異方的伝導性を示すことが明らかとなった。

４．その他・特記事項（Others）
　なし。

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
なし。

６．関連特許（Patent）
なし。